Verfahren und Vorrichtung für die Vergasung von feuchter Biomasse mit einem Kompaktvergaser

Abstract

 Dem Kompaktvergaser liegt eine Erfindung zu Grunde, die sich speziell für die Vergasung von feuchter Biomasse eignet. Da die Biomasse frisch geerntet wird, besitzt sie einen hohen Feuchtigkeitsgehalt und muss daher besonders intensiv getrocknet werden.
Das Trocknen von feuchter Biomasse verlangt sehr viel Energie, die beim Kompaktvergaser als Nebenprodukt anfällt.
Die Beheizung des Kompaktvergasers erfolgt mit einem Vorschubrost oder einer ähnlichen Feuerung, die in der Schubgeschwindigkeit stufenlos geregelt werden kann. Das ergibt den Vorteil, dass die Verbrennung nicht vollständig erfolgt und am Ende der Feuerung mit der Asche auch Holzkohle ausgetragen wird. Diese Holzkohle wird dann von der Asche getrennt und dem Etagenfilter zur Kühlung und Reinigung des Synthesegases zugeführt.

Beschreibung

[0001] Steigender Energiebedarf der Weltbevölkerung und damit erhöhter CO² - Ausstoß machen neue regenerative Energieerzeugung erforderlich.

[0002] Eine Möglichkeit für die Nachhaltigkeit der Energieerzeugung ist der Anbau von schnellwachsenden Energiepflanzen wie Miscantus, Pappeln oder Blauglocken-Bäumen. (Paulownia ) Gerade diese Baumart ist besonders für die nachhaltige Energieerzeugung geeignet, da sie einen Ertrag von bis zu 25T/ha bei einem Heizwert von 19,6 MJ/kg erzeugt. Außerdem besitzt das Holz einen sehr geringen Ligningehalt und ist daher für die Vergasung besonders geeignet, da Lignin die Vorstufe für Essigsäure ist und daher bei der Vergasung ein geringer Teergehalt
im erzeugten Synthesegas zu erwarten ist.

[0003] Durch die Entwicklung des Kompaktvergasers für feuchte Biomasse ist es möglich, die Pflanzen mechanisch zu ernten, da im Kompaktvergaser das gesamte Material bestehen aus dem Stamm, den Ästen, den Blättern und den Früchten vergast werden kann.

[0004] Die max. Daumennagel großen Hackschnitzel werden dem Materialbehälter (1) über eine Zellenradschleuse zugeführt. Zwei gegenläufige Trocknungsschnecken (2) unterhalb des Behälters (1) werden durch die Rauchgase der Feuerung (11) beheizt und transportieren das Material zum Schneckenende, wo es an die Pyrolyseschnecken (2) übergeben wird. Auch diese Schnecken werden von den Rauchgasen aus der Feuerung (11) von außen beheizt.

[0005] Neben dem Materialbehälter (1) befinden sich zwei Fallschächte (3) über die das pyrolysierte Material in die darunterliegenden Vergaser Spiralen(4) fallen. Diese Spiralen besitzen Paddeln, mit denen das Material im Wirbelschicht-Verfahren in den Rohren (4) bewegt wird. Am Ende der Spiralen (4) übergeben diese das zur Holzkohle entgaste Material an die Mittelspirale (5), Die nicht vollständig vergaste Holzkohle fällt durch eine Zellenradschleuse in den Schacht (9) und die Stockerschnecke (10), damit sie der Feuerung (11) wieder zugeführt wird.

[0006] Das erzeugte Synthesegas entweicht nach oben aus dem Mittelrohr (5) und gelangt mit der Rohrleitung (20) von unten in das Etagenholzkohlenfilter (16). Durch die Kaskadenanordnung der einzelnen Etagen, wird das Synthesegas gezwungen, durch die eigenerzeugte Holzkohle zu strömen. Dabei wird das Synthesegas abgekühlt und gereinigt. Da das erzeugte Synthesegas durch die Feuchtigkeit des Inputmaterials einen hohen Wasserstoffanteil besitzt, kommt es in dem Holzkohlenfilter zu einer chemischen Reaktion, da sich zwei Wasserstoffanteile mit einem Kohlenstoffanteil zu Methan verbindet. ( C + H²- H² = CH4) Methan hat einen wesentlich höheren Energiegehalt als Wasserstoff. Im oberen Bereich des Filters (16) befindet sich ein Gassammler (19) vom dem aus das Synthesegas zur Energieerzeugung entnommen wird.

[0007] Der Vorteil der stufenlos verstellbarem Vorschubrost-Feuerung besteht darin, dass der Abbrand des Materials so eingestellt werden kann, damit am Ende der Feuerung nicht nur Asche sondern auch Holzkohle mit der Schnecke (12) ausgetragen werden kann. Mit der Steigschnecke (15) gelangt die Holzkohle in das Etagenfilter (16), wobei vorher über ein Sieb (13) die Asche ausgesiebt wird und über eine Zellenradschleuse in die Aschetonne (14) gelangt.

[0008] Die von oben in das Etagenfilter (16) eingefüllte Holzkohle durchwandert die einzelnen Etagen, in dem sie mit rotierenden Paddelarmen um jeweils 300° in die nächste Öffnung geschoben wird und in die darunterliegende Etage fällt. Die Paddelarme sind mit Öffnungen ausgestattet, damit das im Gegenstrom fließende Synthesegas durchströmen kann. Durch diese Anordnung wird das Synthesegas abgekühlt und gereinigt. Die am unteren Ende des Etagenfilters (16) ausgetragene erwärmte und belastete Holzkohle wird durch eine Zellenradschleuse und der Schnecke (8) der Stockerschnecke (10) zugeführt. Gemeinsam mit dem Frischmaterial aus dem Materialschacht (7) und dem Schacht (9) wird die belastete Holzkohle aus (8) mit der Stockerschnecke (10) in die Feuerung geschoben und verbrannt.

[0009] Außer der Asche aus der Aschetonne (14), die als Mineraldünner wieder verwendet werden kann, entstehen bei diesem Verfahren keinerlei Reststoffe für die Entsorgung.

[0010] Aufstellung der Positionen:

1)

Materialbehälter

2)

Schneckenpaare

3)

Fallschacht

4)

Umwälzspiralen

5)

Austragspirale

6)

Antriebskasten

7)

Materialschacht

8)

Holzkohlenschnecke

9)

Restholzkohlenschacht

10)

Stockerschnecke

11)

Vorschubrost

12)

Ascheaustragung

13)

Siebschnecke

14)

Aschetonne

15)

Steigschnecke

16)

Etagenholzkohlenfilter

17)

Gassammler

18)

Verteilersilo

19)

Rauchgasrohr

20)

Gasleitung

Ansprüche

1. Vorrichtung für die Vergasung von kleiner, feuchter Biomasse,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgase aus der Feuerung die Trocknungsschnecken von außen beheizen und durch die Trocknung Wasserdampf entsteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyrolyseschnecken von den Rauchgasen von außen beheizt werden und gedörrte Hackschnitzel über Schächte in die darunterliegenden Vergasungs-Rohre fallen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Vergaser-Schnecken gegenläufig das vorentgaste Material einer Mittelspirale zuführen, die drehzahlmäßig eine längere Verweilzeit für die Vergasung der Biomasse hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerung mit frischem Material über die Stockerschnecke beaufschlagt wird und zusätzlich Restholzkohle aus der Vergasung und belastete Holzkohle aus dem EtagenFilter zugeführt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerung aus einem serienmäßigem Vorschubrost besteht, mit dem erhöhte Wärmeleistungen erreicht werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubgeschwindigkeit über die Hydraulik so geregelt werden kann, dass am Ende der Feuerung sowohl Asche als auch nichtverbrannte Holzkohle ausgetragen wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steigschnecke ein Sieb eingebaut ist, um die Asche von der Holzkohle zu trennen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzkohle von oben in ein Etagenfilter eingefüllt wird und über rotierende Mitnahmeflügel von einer Etage in die darunterliegende Etage transportiert wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Gegenstrom Verfahren das erzeugte Synthesegas von unten eingeführt wird und durch das Durchströmen der einzelnen Etagen abgekühlt und gereinigt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erhöhte Wasserstoffgehalt im Synthesegas mit Kohlenstoff aus der Holzkohle verbindet und ein erhöhter Methangehalt entsteht. C+H²-H²=CH4

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die belastete Holzkohle aus dem Etagenfilter über eine Transportschnecke der Feuerung wieder zugeführt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die flache, längliche Bauweise des Kompaktvergasers die Möglichkeit besteht, diesen in einen genormten 40 ft Container einzubauen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte Synthesegas mit einem Heizwert von 3,5 bis 4.0 KW/Nm³ direkt für die Erzeugung von Strom und Wärme in einem BHKW, einer Gasturbine oder einem Stirlingmotor verwendet werden kann.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Transport des Materials mit Schnecken und Spiralen erfolgt und daher der Kompaktvergaser besonders für die Vergasung von kleiner, feuchter Biomasse geeignet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als einziger Rückstand der Vergasung mit dem Kompaktvergaser nur feine, ausgebrannte Asche übrig bleit, die als Mineraldünger wieder verwendet werden kann.

Zeichnung